[发明专利]一种光谱仪的设计方法以及光谱仪

摘要

本发明公开了一种光谱仪的设计方法以及光谱仪，使用凹面光栅、三个入射狭缝和三个光探测器搭建光谱仪，包括以下步骤：1)确定第二入射狭缝的入射角以及凹面光栅的槽型周期；2)估算凹面光栅的闪耀角，确定凹面光栅的表面材料和槽型结构；3)获取入射角度为θ_A2时和多个角度下凹面光栅的波长-衍射效率曲线；4)确定入射角θ_Al和θ_A3的值以及波长λ₂和λ₃的值，并取λ₄等于λ₂；5)得到记录结构参数以及使用结构参数；6)确定凹面光栅的制作参数；7)确定三个入射狭缝和三个光探测器相对于所述凹面光栅的位置，从而搭建得到光谱仪。本发明的设计方法得到的光谱仪，在大部分光谱区域内具有较高的衍射效率，有效解决宽光谱区域内衍射效率较低的问题。

主权项

一种光谱仪的设计方法，其特征在于：通过设计，使用凹面光栅、三个入射狭缝和三个光探测器搭建光谱仪，且所述光谱仪的光谱检测范围为λ₁～λ₅；所述设计方法包括以下步骤：1)根据所述光谱仪的固定结构参数，基于光程函数级数展开法计算得到在单一入射狭缝时的入射角度值和所述入射角度值下所述凹面光栅的槽型周期，将得到的入射角度值作为第二入射狭缝的入射角θ_A2的值；2)估算所述凹面光栅的闪耀角，确定所述凹面光栅的表面材料和槽型结构；3)根据步骤2)中凹面光栅的参数获取入射角度为θ_A2时所述凹面光栅的波长‑衍射效率曲线，以及入射角度分布在‑10°～20°范围内多个角度下所述凹面光栅的波长‑衍射效率曲线；4)根据步骤3)得到的多个角度下的衍射效率相对于角度θ_A2时的衍射效率的变化，确定第一入射狭缝的入射角θ_A1的值、第三入射狭缝的入射角θ_A3的值以及波长λ₂和λ₃的值，并取λ₄等于λ₂；5)根据得到的三个入射角θ_A1、θ_A2、θ_A3的值，五个波长λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅的值以及所述光谱仪的固定结构参数，基于光程函数级数展开法，使用光学设计软件ZEMAX软件进行参数优化，得到记录结构参数以及使用结构参数；6)根据步骤1)中的凹面光栅的槽型周期，步骤2)的凹面光栅的闪耀角、表面材料和槽型结构以及步骤5)得到的记录结构参数确定所述凹面光栅的制作参数，得到满足应用的凹面光栅；7)根据步骤5)得到的使用结构参数，确定三个入射狭缝和三个光探测器相对于所述凹面光栅的位置，从而搭建得到光谱仪。